[发明专利]一种等截面叶型带冠整体叶轮叶间流道加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于带冠整体叶轮叶间流道的加工技术领域，尤其涉及一种等截面叶型带冠整体叶轮叶间流道加工方法及装置。

背景技术

带冠整体叶轮是指在叶轮的外围增加了一环状冠，即将所有叶尖连在同一冠上构成整体叶轮，是为了更好地满足现代航空航天事业的发展对发动机不断提出的高性能要求而出现的一种新型叶轮结构，具有传动效率高、零件数目少、重量轻、结构紧凑、结构强度大等突出优点，能够更好地满足增加发动机寿命，提高发动机工作效率、推重比和安全可靠性的要求，代表了未来发动机叶轮结构设计的发展方向。在新型火箭发动机中，采用带冠整体叶轮还可以大大减少传统叶轮结构部件中叶间与叶轮外环之间的逸流损失，叶轮效率可由传统结构的50%提高到70%。

目前，普通整体叶轮常见的制造方法主要有精密模锻、熔模铸造、数控铣削、电解加工和电火花加工，其中，

精密模锻：精密模锻单个叶片可以相当接近最终形状，且由于锻造强化，叶片性能和寿命均有所提高。但模锻工艺只能制得粗略成形的叶轮，而整体叶轮的几何复杂性是固有的，尤其是带冠整体叶轮的冠部和叶片型面的形状及位置精度要求很高，使得锻造很难成为最终加工工艺。

熔模铸造：熔模铸造普通整体叶轮时，叶片型面一般不需再加工；采用定向结晶等先进技术措施后，还可以提高铸件的塑性、强度、热稳定性和抗疲劳性能，适合大批量生产。但是由于带冠整体叶轮的零件几何形状很复杂，轮轴和轮盘多是一体化结构，长度较长，蜡模的刚度势必受到影响，铸件强度也往往难以达到叶轮的设计要求。

数控铣削：可以通过数控高速铣削与功能强大的运动轨迹控制功能的结合加工出一般叶片的精确轮廓和光滑表面，并获得较高的材料去除率。但是由于带冠整体叶轮的叶片很薄且型面复杂，材料的高硬度和受刀具加工可达性的限制，使数控铣削对带冠整体叶轮的加工变得更加困难。

电解加工：电解加工的优点主要是不受金属材料硬度和强度的限制，生产效率高，阴极在理论上不会损耗，可以长期反复使用。但是，由于电解加工难以保持较高的加工精度和加工稳定性。对于带冠整体叶轮这种形状复杂、精度要求又很高的几何体来讲，电解工艺目前还很难实现最终的精加工。

电火花成形加工。电火花成形加工由于靠放电去除材料，材料的可加工性与其力学性能无关，因而适合于加工多种难切削材料；加工时由于电极与工件不接触，故没有机械切削力，适宜加工低刚度工件及特殊复杂形状的零件。因为这些独特的优点，电火花成形加工成为目前国外加工带冠整体叶轮叶片型面的主要工艺技术。

目前，世界各国采用电火花加工作为带冠整体叶轮叶片型面加工的主选工艺，如美国采用精密电火花加工工艺，俄罗斯采用机械仿型电火花与电解加工抛光的组合工艺。

我国采用的数控电火花技术针对等截面叶型带冠整体叶轮叶间流道进行加工时，通常一次只加工一个流道，对于多叶片的等截面叶型带冠整体叶轮加工耗费的时间较长，效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种等截面叶型带冠整体叶轮叶间流道加工方法及装置，实现对等截面叶型带冠整体叶轮的高效、高精度加工。

一种等截面叶型带冠整体叶轮叶间流道加工方法，包括以下加工步骤：

1）首先结合电极运动轨迹和流道各型面的弯扭变化，将叶间流道划分为入口区域和出口区域，并分别设计制造入口加工区域和出口加工区域的近成形电极，

2）用数量等于叶轮流道个数的一组入口加工区域近成形电极同时对所有叶间流道的入口加工区域进行数控电火花加工，再用同样数量出口加工区域近成形电极同时加工出所有流道的出口加工区域，在此过程中先使用能允许的最大电规准，按设计的数控运动轨迹，使电极从初始位置运动至终了位置从而完成流道的粗加工；

3）采用逐次减小的电规准进行补偿量逐次增加的数控补偿运动依次完成所有流道的半精加工和精加工。

作为补充，该方法还包括步骤4），对有特殊表面要求的流道可采用磨料流等其他光整加工工艺达到相应的表面质量要求，从而完成叶间流道的最终加工。

所述一组电极的个数，是在考虑电源容量与总体加工效率的情况下确立的，对于加工一些尺寸小的叶轮，一组电极的个数可以等于叶轮叶间流道的数量，而对于加工一些叶片数量多且尺寸大的叶轮，一组电极的个数可以小于叶轮叶间流道的数量。